CN108590639A - 三维油藏物理模型夹层设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维油藏物理模型夹层设置方法，三维油藏物理模型夹层设置方法于包括以下步骤：首先根据实际油藏夹层分布特征设计出油藏物理模型中夹层，再将模型中的夹层细分为多个接触面；根据实际油藏的物性参数筛选符合要求的天然地层岩石；制作用于模拟接触面的小岩块并确定其尺寸及小岩块的数量；将原材料切割加工正方体小岩块或多面体小岩块；将多面体小岩块或者正方体小岩块依次粘接形成完整的夹层整体岩块；通过多个正方体小岩块将多个夹层整体岩块按照油藏物理模型中各夹层的分布位置互相粘接起来形成夹层大尺度模型。针对现有技术无法准确模拟夹层状态的缺陷，本发明精确模拟夹层对流体的渗流规律或更复杂夹层对流体渗流规律的影响。

Description

三维油藏物理模型夹层设置方法

技术领域

本发明涉及油气田开发的技术领域，具体涉及一种三维油藏物理模型夹层设置方法。

背景技术

夹层是指在地层中与油气层交替分布的不渗透或低渗透层，能够对油气的流动、运移或聚集产生作用的条带。储层内夹层分布是影响储层非均质性的重要因素之一，制约着储层中流体渗流规律，影响油藏中剩余油分布和水驱开发效果。油田开发实践表明，由于油藏储层沉积环境的变化，夹层类型、分布规律、规模及夹层的渗透性存在较大差异。目前，通过采用基于地质统计学随机模拟、多维模糊评判等方法的测井曲线及地震波形特征分析技术能较好识别储层中的夹层，特别是当储层构型技术应用于油藏描述后，能够刻画出储层内部更为复杂的隐蔽夹层。

目前，多维多尺度油藏物理模拟方法已成为研究流体在多孔介质中渗流规律的主要方法之一，能够迅速直接模拟油藏中渗流过程，从而有效的指导油田开发实践。因此，为了更直观研究储层内部夹层对流体渗流规律的影响，需要建立含夹层的油藏物理模拟方法。而在油藏物理模拟过程中，最为关键的是要制作符合目标油藏夹层特征并满足研究需要的夹层模型，特别是当储层内部夹层的认识程度越高，夹层组合形式和渗透能力越复杂，给油藏模型中夹层设置提出了更高的要求。但是，此前尚未发现较成功的复杂夹层分布条件下油藏物理模拟研究报道，原因之一是实验室在现有条件下难以制作满足油藏模拟要求的复杂夹层模型。

油藏物理模型中夹层设置方法与物理模型的建立方法息息相关。目前，油气藏物理模型的建立主要有四种方法。其一是直接利用钻井过程中取得的储层岩心制作小圆柱体岩心模型；二是激光雕刻法或化学刻蚀法制作的微观物理模型。以上两类模型中夹层设置难度大，基本不可行。三是由天然岩石粉末或石英砂掺入无机或有机胶合剂经压铸或烧结而成的物理模型；四是利用石英砂或玻璃珠充填的填砂模型。以上两类人造模型中夹层设置方法主要是模型制作过程之前，预先把有机玻璃板埋入石英砂或玻璃珠中。在夹层模型制作过程中主要存在三个问题，一是预先埋入到石英砂或玻璃珠中的有机玻璃隔板，在模型压铸或充填过程中位置会发生移动，模型中夹层分布位置以及夹层形态与实际油藏的不符，特别是在制作烧结模型时玻璃板有可能由于温度高融化变形甚至燃烧，导致模型无法使用，不能较好模拟真实油藏中流体渗流规律和剩余油分布特征；二是随着对油藏储层内部夹层的认识程度越来越高，夹层的分布及组合形式越来越复杂，埋入有机玻璃板不能模拟复杂的夹层组合形态；三是玻璃板基本是不渗透的，流体不可能通过，而在实际油藏中某些夹层存在一定的渗透性，只是渗透能力相对较差，对于具有一定渗透能力的夹层有机玻璃板无法模拟真实的渗流规律。

基于以上分析，现有的物理模型中夹层设置方法均存在一定的缺陷，不能完全满足人们研究的需要，特别是要精细研究复杂夹层组合形式对流体的渗流规律的影响。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种三维油藏物理模型夹层设置方法，有效模拟不同夹层的渗透性。

本发明提供了一种三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于包括以下步骤：

a.首先根据实际油藏夹层分布特征设计出油藏物理模型中夹层，再基于离散化思想，将模型中的夹层细分为油藏模型中多个小岩块间的接触面；

b.根据实际油藏的物性参数筛选物性参数匹配的天然地层岩石，作为制作油藏模型夹层岩块的原材料；

c.依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中夹层的尺寸和离散方式；依据夹层离散方式、夹层区域大小确定制作用于模拟接触面小岩块的尺寸及小岩块的数量。；

d.将原材料切割加工成多个边长相同的正方体小岩块，根据接触面的具体形态，选择性地将部分用于模拟接触面的正方体小岩块按照指定夹层倾角、尺寸和分布方式进一步切割成不规则的多面体小岩块；

e.根据各夹层的不同的渗透性按照对应的粘接方式粘接模拟该夹层的两两相对的多面体小岩块或者正方体小岩块；再把粘贴完成的多对多面体小岩块或者正方体小岩块按照次序粘接起来形成夹层整体岩块；

f.通过多个正方体小岩块将多个夹层整体岩块按照油藏物理模型中各夹层的分布位置互相粘接起来形成夹层大尺度模型。

上述技术方案中，对于不渗透夹层，粘接时，两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上完全涂满粘结剂；

对于具有一定渗透能力的夹层，粘接时，两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上局部涂覆粘结剂，保证上述两个岩块间接触面上存在着未涂胶液的区域，未涂胶液的区域大小根据夹层的渗透能力来确定。

上述技术方案中，不同倾角的夹层模型离散方式不同，对于水平和垂直方向的夹层，物理模型中直接可用两个正方体小岩块外表面的接触面离散表征；对于倾斜的夹层，物理模型中要用不规则的多面体小岩块中带有一定角度的表面来离散表征，对于更复杂或多条的夹层，需采用水平面、垂直面和倾斜面组合的离散方式。

上述技术方案中，步骤f中多个夹层整体岩块根据其在物理模型中所在的位置按照从下倒上、从左到右的顺序依次粘接形成夹层大尺度模型。

上述技术方案中，在制作小岩块的过程中，各小岩块的任何边长和角度的误差都不超过2％。

上述技术方案中，步骤b中根据实际油藏孔隙度、渗透率等物性参数筛选符合要求的天然地层岩石，作为制作油藏模型岩块的原材料，筛选过程中要求选择出的地层岩石胶结不能过于疏松，易于切割，并且切割过程中不易破碎，同时保证岩石的物性分布均匀。

上述技术方案中，步骤a中首先根据所研究油藏单元的长、宽、厚度，按照一定的相相似准数建立三维油藏物理模型，使得设计的三维物理模型与所研究油藏保持几何尺寸相似，即：

π₁＝(L_x/L_y)|_油藏＝(L_x/L_y)|_模型，π₂＝(L_x/L_z)|_油藏＝(L_x/L_z)|_模型，

其中，L_x、L_y、L_z分别表示模型或油藏单元的长、宽、厚度；π₁，π₂指的相似准数；

三维油藏物理模型中夹层的长宽比例可按照相似准数π₁来设置，夹层长度和宽度缩小比例按照物理模型与实际油藏模型的尺寸缩小比例系数a来设置

a＝L_x|_模型/L_x|_油藏。

上述技术方案中，步骤d还包括：

根据夹层形态和夹层在物理模型中所在位置，并按照夹层离散要求，确定组成物理模型中夹层所需要的小岩块，并对用于建立有一定角度的倾斜夹层的多面体小岩块进行编号；

步骤e还包括把加工切割后的小岩块步骤d中的编号，采用特殊的粘接方式按照一定的次序粘接，当完成所有夹层小岩块的粘结之后，可得到物理模型中设计的夹层。

本发明使得利用物理模拟手段研究复杂夹层条件下流体的渗流规律和开发过程成为可能。本发明建立了“离散可控夹层模型”的概念和技术，其原理来自于离散化思想，属于原始创新技术。本发明的先进性表现在如下方面：多个不同几何形态岩块按照一定的顺序粘接，可以组成任意倾角的夹层、任意尺度和任意数量的夹层；夹层的渗透性可以任意控制；夹层设置与物理模型制作过程具有同步性；岩块切割工艺能保证夹层设置的精度要求。本发明通过在模拟夹层接触面上以不同的方式涂覆胶液来模拟不同夹层渗透性的差异，胶液不容易因外部环境的影响而产生物理或者化学上的变化，更准确稳定的保证模型的精确度。本发明不仅适用于油田开发研究领域，还可以供其它与渗流现象有关的研究领域使用和参考，例如水利工程研究等。

附图说明

图1是小岩块组合形成的水平夹层示意图；

图2是小岩块组合形成的水平夹层剖视图；且如图所示的夹层不具有渗透性；

图3是小岩块组合形成的倾斜夹层示意图；

图4是小岩块组合形成的垂直夹层示意图；

图5是具有渗透能力夹层接触面粘接方式示意图；

图6是垂直、水平和倾斜夹层离散方式主视图；

图7是复杂夹层和多条夹层离散方式主视图；

其中，1-小岩块，2-接触面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

本项发明的夹层设置方法是以离散化三维油藏物理模型制作方法为基础的。

首先根据所研究实际油藏的夹层分布形态、规模、组合方式按照一定的相似原理设计三维物理模型中夹层的分布位置及范围等，将选择的天然岩石按照夹层在物理模型中的位置加工、切割制作大量的不同外观的正方体或多面体小岩块1，再将制作夹层的所在岩块按一定顺序及特定的粘接方式组合起来，两个特定岩块间的粘接面就构成三维物理模型中的小夹层，所有的粘接面组合就形成完整的夹层模型，模型中夹层的组合方式如图1、图2、图3所示。

储层内部更复杂的夹层分布可由以上水平、倾斜和垂直三种类型夹层组合而成。

从图中可以看出，小岩块1具有不同的切割方式，对于储层内部水平和垂直方向的夹层，制作模型的小岩块1均为正方体。

如储层内部夹层存在一定的倾斜角度，模型中夹层所在小岩块1在加工时必须依据夹层的倾角对正方体小岩块1进一步切割，而油藏物理模型中除构成夹层的小岩块1外其他均为正方体小岩块1。

将实验模型中所有设置夹层的小岩块1组合起来，就可以形成任意尺度和任意倾角的夹层模型。

组成夹层所有的一组小岩块1之间用选定的胶液(环氧树脂)按照特定的顺序粘结在一起，根据储层内部夹层的渗透能力大小，上下两层岩块间的粘接方式不同，如图4和图1B所示。

以平面夹层为例，如果所研究油藏的夹层渗透能力低，采用图1B所示的粘接方式，上下两层岩块间的接触面2全部用胶液粘接；如油藏储层内夹层具有一定的渗透能力，采用图4的粘接方式，上下两层岩块间接触面2部分区域未涂布胶液，流体在上下两层岩块间具有一定的流渗流能力，并且模型中夹层的渗透性可用岩块间接触面2未涂布胶液的面积来控制。

同时还可综合应用图4和图1B的粘接方式，模拟储层中夹层部分渗透和部分不渗透的复杂的状态。

同理，针对储层内有一定角度的倾斜夹层和垂直方向的夹层，也可采用类似的粘接方式来设置具有渗透性和不渗透的夹层。

因为上述三维油藏模型中夹层是由若干个不渗透或低渗透的小岩块1接触面2粘接组合而成的，夹层的分布范围、倾角、组合方式可任意控制，渗透性是由一对岩块间接触面2胶液涂布方式决定的，所以可称作离散化渗透性可控夹层。

本发明提供了一种三维油藏物理模型夹层设置方法，其特其具体包括以下步骤：

a.首先根据实际油藏夹层分布特征设计出油藏物理模型中夹层，再基于离散化思想，将模型中的夹层细分为油藏模型中多个小岩块1间的接触面2；

首先根据所研究油藏单元的长、宽、厚度，按照一定的相相似准数建立三维油藏物理模型，使得设计的三维物理模型与所研究油藏保持几何尺寸相似，即：

π₁＝(L_x/L_y)|_油藏＝(L_x/L_y)|_模型，π₂＝(L_x/L_z)|_油藏＝(L_x/L_z)|_模型，

三维油藏物理模型中夹层的长宽比例可按照相似准数π₁来设置，夹层长度和宽度缩小比例按照物理模型与实际油藏模型的尺寸缩小比例系数a来设置，

a＝L_x|_模型/L_x|_油藏

一般来说，夹层的厚度相对于储层厚度小很多，而且储层内部夹层对流体在垂直夹层方向上流动规律影响较小，因此，夹层厚度在三维物理模拟中的相似准则可放松。

夹层的在三维油藏物理模型中的位置可根据实际油藏中夹层相对油藏单元边界的位置来确定，根据缩小比例系数a来计算相对距离。对于模型中夹层倾角和夹层数量的设置可按照实际油藏中倾角和个数来设置。如储层内部夹层的数量较多，为了更精细的研究夹层对渗流规律的影响，制作的三维油藏模型的几何尺寸相应的随之增大。

基于以上原则建立的含有夹层的三维油藏模型，夹层分布与实际油藏完全相似，物理模拟研究所得到的规律能够真实反映夹层对实际油藏的渗流规律的影响。

b.根据实际油藏孔隙度、渗透率等物性参数筛选符合要求的天然地层岩石，作为制作油藏模型岩块的原材料，筛选过程中要求选择出的地层岩石胶结不能过于疏松，易于切割，并且切割过程中不易破碎，同时保证岩石的物性分布均匀。

c.依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中夹层的尺寸和离散方式；依据夹层离散方式、夹层区域大小确定制作用于模拟接触面2小岩块1的尺寸及小岩块1的数量；各小岩块1的任何边长和角度的误差都不超过2％。

依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中夹层的尺度，然后根据模型中夹层的离散方式和小岩块1的尺寸可以得出所需岩块的数量。确定小岩块1数量过程中要注意夹层是由两个小岩块1间的接触面2组成的，因此一个表面需要两个小岩块1。

d.将原材料切割加工成多个边长相同的正方体小岩块1，根据接触面2的具体形态，选择性地将部分用于模拟接触面2的正方体小岩块1按照指定夹层倾角、尺寸和分布方式进一步切割成不规则的多面体小岩块1；根据夹层形态和夹层在物理模型中所在位置，并按照夹层离散要求，确定组成物理模型中夹层所需要的小岩块1，并对用于建立有一定角度的倾斜夹层的多面体小岩块1进行编号；

组成物理模型中夹层的每一块小岩块1的外观几何形态是由模型中岩块所处的位置决定，不同倾斜角度的夹层模型接触面2离散方式不同，对于水平和垂直方向的夹层，物理模型中直接可用正方体小岩块1外表面的接触面2离散表征；对于倾斜的夹层，物理模型中要用不规则的多面体小岩块1中带有一定角度的表面来离散表征，如图5所示。

对于更复杂或多条的夹层，需采用水平面、垂直面和倾斜面组合的离散方式，如图6所示。

物理模型中夹层的几何尺寸、形态由建立油藏模型岩块的尺寸、数量和切割方式决定，可以制作任意面积大小和任意形态的物理模拟夹层模型。

e.加工切割后的小岩块1按照步骤d中的编号，根据各夹层的不同的渗透性按照对应的粘接方式粘接模拟该夹层的两两相对的多面体小岩块1或者正方体小岩块1；再把粘贴完成的多对多面体小岩块1或者正方体小岩块1按照次序粘接起来形成夹层整体岩块。

基于实际油藏中夹层的渗透能力，物理模型中夹层所在岩块接触面2的粘接方式不同。

对于不渗透夹层，要求在粘接时两个岩块相接触的表面上完全涂满粘结剂(环氧树脂)，然后将所有的岩块依次按照一定的顺序彼此粘结在一起，所有涂胶液的粘接面组成物理模型中需要的夹层模型。

如图1B中所示，灰色正方体方块上下两个表面需要涂满胶液，所有上下两个岩块涂胶接触面2组合形成水平方向的夹层。

如图2所示，多对有一定角度的两个岩块切割面涂满胶液形成具有一定倾角的夹层。

如图3所示，左右两个岩块表面涂满胶液，所有左右两个岩块涂胶接触面2组合形成垂直方向的夹层。

对于具有一定渗透能力的夹层，岩块间的粘接方式就要采取如图4中的粘接方式，保证两个岩块间接触面2上存在着未涂胶液的区域，未涂胶液区域的大小根据夹层的渗透能力来确定。

f.通过多个正方体小岩块1将多个夹层整体岩块按照油藏物理模型中各夹层的分布位置互相粘接起来形成夹层大尺度模型。多个夹层整体岩块根据其在物理模型中所在的位置按照从下倒上、从左到右的顺序依次粘接形成夹层大尺度模型。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于包括以下步骤：

a.首先根据实际油藏夹层分布特征设计出油藏物理模型中夹层，再基于离散化思想，将模型中的夹层细分为油藏模型中多个小岩块间的接触面；

b.根据实际油藏的物性参数筛选物性参数匹配的天然地层岩石，作为制作油藏模型夹层岩块的原材料；

c.依据相似准则和缩小比例确定油藏模型中夹层的尺寸和离散方式；依据夹层离散方式、夹层区域大小确定制作用于模拟夹层接触面的小岩块并确定小岩块尺寸及数量；

d.将原材料切割加工成多个边长相同的正方体小岩块，根据接触面的具体形态，选择性地将部分用于模拟接触面的正方体小岩块按照指定夹层倾角、尺寸和分布方式进一步切割成不规则的多面体小岩块；

e.根据各夹层的不同的渗透性按照对应的粘接方式粘接模拟该夹层的两两相对的多面体小岩块或者正方体小岩块；再把粘贴完成的多对多面体小岩块或者正方体小岩块按照次序粘接起来形成夹层整体岩块；

对于不渗透夹层，粘接时，两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上完全涂满粘结剂；

对于具有一定渗透能力的夹层，粘接时，两个相对配合模拟其的多面体或者正方体小岩块相接触的表面上局部涂覆粘结剂，保证上述两个岩块间接触面上存在着未涂胶液的区域，未涂胶液的区域大小根据夹层的渗透能力来确定；

f.通过多个正方体小岩块将多个夹层整体岩块按照油藏物理模型中各夹层的分布位置互相粘接起来形成夹层大尺度模型。

2.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于，不同倾角的夹层模型离散方式不同，对于水平和垂直方向的夹层，物理模型中直接可用两个正方体小岩块外表面的接触面离散表征；对于倾斜的夹层，物理模型中要用不规则的多面体小岩块中带有一定角度的表面来离散表征，对于更复杂或多条的夹层，需采用水平面、垂直面和倾斜面组合的离散方式。

3.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于，步骤f中多个夹层整体岩块根据其在物理模型中所在的位置按照从下倒上、从左到右的顺序依次粘接形成夹层大尺度模型。

4.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于在制作小岩块的过程中，各小岩块的任何边长和角度的误差都不超过2％。

5.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于步骤b中根据实际油藏孔隙度、渗透率等物性参数筛选符合要求的天然地层岩石，作为制作油藏模型岩块的原材料，筛选过程中要求选择出的地层岩石胶结不能过于疏松，易于切割，并且切割过程中不易破碎，同时保证岩石的物性分布均匀。

6.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于步骤a中首先根据所研究油藏单元的长、宽、厚度，按照一定的相相似准数建立三维油藏物理模型，使得设计的三维物理模型与所研究油藏保持几何尺寸相似，即：

π₁＝(L_x/L_y)|_油藏＝(L_x/L_y)|_模型，π₂＝(L_x/L_z)|_油藏＝(L_x/L_z)|_模型

其中，L_x、L_y、L_z分别表示模型或油藏单元的长、宽、厚度；π₁，π₂指的相似准数；

三维油藏物理模型中夹层的长、宽比例可按照相似准数π₁来设置，夹层长度和宽度缩小比例按照物理模型与实际油藏模型的尺寸缩小比例系数a来设置

a＝L_x|_模型/L_x|_油藏。

7.根据权利要求1所述的三维油藏物理模型夹层设置方法，其特征在于步骤d还包括根据夹层形态和夹层在物理模型中所在位置，并按照夹层离散要求，确定组成物理模型中夹层所需要的小岩块，并对用于建立有一定角度的倾斜夹层的多面体小岩块进行编号；

步骤e还包括把加工切割后的小岩块步骤d中的编号，采用特殊的粘接方式按照一定的次序粘接，当完成所有夹层小岩块的粘结之后，可得到物理模型中设计的夹层。